本發(fā)明屬于造紙領域，具體的涉及一種用于造紙?zhí)盍系膹秃戏垠w、制備方法及其應用。
背景技術：
目前，常規(guī)的造紙生產領域以文化用紙為例，是以大量的植物纖維紙漿為主作為紙張骨架，通過填加約10％～25％不等的碳酸鈣或滑石粉等傳統(tǒng)礦物填料和少量的化學助劑完成造紙。填料的應用不僅可以顯著降低原料成本、改善紙品的性能和檔次，還可以改善紙料濾水性能，降低能耗。然而，當前國內常規(guī)的造紙?zhí)盍?如:輕質碳酸鈣、重質碳酸鈣、滑石粉等)存在以下技術問題:
1.填料本身密度較纖維密度相差較大,造成填料利用率低，紙張灰分較低。
2.由于填料本身分散性差，導致滑石漿料的固含量變化較大,流變性能惡化現象可能會較嚴重,以此會使能耗增加,生產成本提高，同時紙張平滑度較低，印刷光澤度低，影響紙張質量。
3.現有技術中，造紙?zhí)盍蟽Υ嬖谔盍细呶幌渲?，在紙漿即將上網抄造前利用沖漿泵快速加入紙漿中在進行混合，同時也在紙機流漿箱中與纖維進行二次快速混合運動，采取上述輸送方式使填料不與紙漿沉降分層。雖然該方法解決了傳統(tǒng)填料密度大沉降速度快的缺點，但是填料與纖維混合時間過短，不利于填料在纖維中的充分填充，并且隨著加填量的增加，在高加填料下往往會帶來紙張強度性能和填料留著率的下降，同時還會造成紙面“掉粉”的現象,紙張儲存穩(wěn)定性差等問題。
專利申請?zhí)枮?00510026926.9的中國專利公開了一種用于造紙?zhí)盍虾屯苛系母男猿毣鄣闹苽浞椒ǎ捎糜砂捕趸伒幕塾糜谠旒執(zhí)盍?，使得制成的紙白度、光澤度、印刷性能等指標有明顯提高，提高紙品質量，降低生產成本。但是該方法制備的填料依然存在紙張強度性能和留著率低，平滑度欠佳等問題，并且該制備過程復雜，不易工業(yè)化生產和應用。
有鑒于此，特提出本發(fā)明。
技術實現要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種用于造紙?zhí)盍系膹秃戏垠w，所述的復合鐵白粉作為造紙?zhí)盍?，能夠提高造紙的白度，同時在保證紙張強度的前提下，進一步提高了紙張的留著率，提高了紙張的光澤度和印刷光澤度，增加了紙張的穩(wěn)定性，更好的滿足工業(yè)上的使用要求以及廣大消費者的需求。
為實現上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：
一種用于造紙?zhí)盍系膹秃戏垠w,所述的復合粉體包括鈦白粉與滑石粉，所述鈦白粉與滑石粉的質量比為40％-95％:60％-5％，所述鈦白粉的中位粒徑滿足：0.1um≤D50鈦白粉≤5um，所述滑石粉的中位粒徑滿足：0.1um≤D50滑石粉≤10um,且D50鈦白粉與D50滑石粉之差的絕對值滿足：ΔD≤4um。
優(yōu)選的，所述鈦白粉與滑石粉的質量比為80％-95％:20％-5％。
其中，鈦白粉的粒徑分布均滿足：D90鈦白粉/D10鈦白粉＜10,滑石粉的粒徑分布均滿足：D90滑石粉/D10滑石粉＜20。
根據本發(fā)明的一些實施例，在PH大于7時，鈦白粉的zeta電位為-20～-50mV，滑石粉的zeta電位為-30～-80mV，鈦白粉與滑石粉的zeta電位之差的絕對值小于20。
進一步，所述滑石粉吸油量/板面直徑的值滿足30-60；鈦白粉吸油量/板面直徑的值滿足10-30。
優(yōu)選的，鈦白粉的吸油量/板面直徑與滑石粉的吸油量/板面直徑之和滿足50-75。
具體的，所述滑石粉顆粒粉末為片狀，片狀直徑優(yōu)選為0.25um。
進一步，上述鈦白粉可為金紅石型鈦白粉、銳鈦型鈦白粉中的一種或兩種。
優(yōu)選的，所述金紅石型鈦白粉與銳鈦型鈦白粉的質量比為1:2～4。
本發(fā)明還提供了上述復合粉體在造紙上的應用，制備的紙張在保證紙張強度的前提下，進一步提高了紙張的留著率，提高了紙張的光澤度和印刷光澤度，增加了紙張的穩(wěn)定性，更好的滿足工業(yè)上的使用要求以及廣大消費者的需求。
與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果：
(1)本發(fā)明制備的復合粉體用于造紙領域，其漿料的分散性好，流變性能高，進而提高了紙張的光澤度以及印刷光澤度。
(2)鈦白粉與滑石粉顆粒的板面直徑相對吸油量較大，且孔隙率，其容重較低，因而可在漿池中與纖維在同一層位其充分混合，不會出現分層現象，同時由于其特殊的纖維狀結構能在漿池中與纖維結構充分進行物理填充，因而其結合性能更穩(wěn)定，在造紙過程中不會出現成紙表面填料“掉粉”的現象，此外由于其密度略輕于纖維，因而大量填料不會降低紙張松厚度，反而會紙張松厚度有所增加。
(3)采用滑石粉與鈦白粉復合粉體作為造紙?zhí)盍希盍显诩垯C上網后的留著率一般在70％-85％，較傳統(tǒng)造紙?zhí)盍?如輕質碳酸鈣、重質碳酸鈣及滑石粉等)的留著率高20％-50％，可將大部分填料留著于紙張當中，減少填料浪費。
(4)采用復合粉體作為造紙?zhí)盍系募犹罟に囘^程簡單，設備要求低，對現有造紙工藝和設備改動較小，對設備要求也相對較低，可操作性較高，因而本發(fā)明易于產業(yè)化推廣。
具體實施例方式
實驗例1
取中位粒徑為1μm的鈦白粉、中位粒徑為2μm的滑石粉，通過對不同質量比的滑石粉和鈦白粉混合，獲得不同編號的組合物，作為造紙?zhí)盍?，添加量?5％，制成紙張，并檢測其關鍵指標，工藝中其他參數取中間值。
表1不同質量配比的滑石粉和鈦白粉對涂布紙的影響
如表1所示，隨著滑石粉的添加量的增加，紙張的不透明度和白度降低，當滑石粉的添加量超過40％時，紙張的不透明度和白度降低明顯降低，不能滿足實用要求，因此在本發(fā)明中，選擇鈦白粉與滑石粉的質量比為60％-95％：40％-5％。
實驗例2
通常在造紙的使用過程中，造紙中填料的分散性對造紙的效果有個很大影響，直接影響造紙的印刷效果，因此本發(fā)明提供一種復合粉體能夠在造紙色漿中具有良好的分散情況。
本發(fā)明探究了滑石粉的中位粒徑、鈦白粉的中位粒徑以及二者中位粒徑之間的差值關系直接影響復合粉體的分散性，粒徑的合理分配能夠有效彌補單一超細非金屬粉體固有的性能缺陷，形成性能優(yōu)勢互補的超細非金屬粉復合體，提高紙張的效果。
表2不同粒徑配比關系的涂布紙的影響
由上表可以看出不同滑石粉的中位粒徑、鈦白粉的中位粒徑、二者中位粒徑差值對最終造紙分散情況的影響，其中當滑石粉的中位粒徑在0.1～5μm之間，鈦白粉的中位粒徑在0.1～10μm之間，兩者中位粒徑都在合適的范圍內，使粉體具有良好的分散性。且滑石粉與鈦白粉之間的中位粒徑之差要小，優(yōu)選不大于4μm，利于兩種粉體的融合，增強分散性，尤其隨著滑石粉添加量的增加，紙張的透明度降低，但是兩者之間的中位粒徑之差較小時，能夠明顯改善由于滑石粉添加量增多導致透明度明顯下降的問題。
實驗例3
為了避免因鈦白粉和滑石粉的粒度分布范圍過寬，而使得兩者分配不佳，再者為了減少不同批次造紙產品的性能差異過大，現探究了滑石粉和鈦白粉各自的粒度分布。
表3滑石粉和鈦白粉粒度分布對造紙的影響
有上表可知，鈦白粉的粒徑分布滿足為：D90鈦白粉/D10鈦白粉＜10，滑石粉的粒徑分布滿足為：D90滑石粉/D10滑石粉＜20，以其組合物作為填料用于制備紙張，由于粒徑分布合理，分布均一，制得的紙張不透光明度、光澤度高，具有更廣泛的用途。
需要說明的是，本發(fā)明由發(fā)明人通過大量實驗獲得，在說明書中只展示其中的一部分，且本領域普通技術人員可以在此數據下理解并實施本發(fā)明，鈦白粉與滑石粉的質量配比為95％-60％：5％-40％的范圍內依然存在上述相同的趨勢并可得出相同的結論，具體的實驗數據不在贅述。
實驗例4
進一步，為了保證滑石粉和鈦白粉組合物在造紙色漿中具有良好的分散性，確保填料具有較好的分散穩(wěn)定性，避免因過強的電位作用對分散性造成不良影響，也要著重考慮滑石粉和鈦白粉二者zeta電位的關系。
故以下通過鈦白粉的zeta電位、滑石粉的zeta電位、二者zeta電位之和的絕對值這三個參數來證明本發(fā)明的有益效果，工藝中其他參數取中間值。具體結果見表4。
表4不同鈦白粉、滑石粉的zeta電位對涂布紙的影響
由上表可以看出不同鈦白粉的zeta電位、滑石粉的zeta電位、二者zeta電位之和的絕對值對復合粉體在水分散漿中分散情況的影響，在pH大于7的溶劑中，滑石粉與鈦白粉zeta電位均為負值，顆粒表面帶負電荷，其中當鈦白粉的zeta電位在-20～-50mV之間，滑石粉的zeta電位在-30～-80mV之間，兩者均帶負電荷，同種電荷相斥，利于兩種粒子的分散，粒子在漿料中懸浮性好，不易沉降。隨著電荷的增強兩者之間的分散效果更好。
由于滑石粉在水中不易分散，極易形成團聚而沉降。進一步的，發(fā)明人還在實驗中發(fā)現，鈦白粉與滑石粉的zeta電位絕對值差值過大時不利于組合物分散性的提高。已知在中性條件下，鈦白粉與滑石粉zeta電位均為負值，當滑石粉與鈦白粉的zeta電位相差較大時，反而會影響鈦白粉組合物的zeta電位值。發(fā)明人推測，由于滑石粉為混合物，不可避免的含有少量雜質，滑石粉顆粒和鈦白粉顆粒外電層均會對雜質產生吸附作用，少量的吸附不會對電位產生影響。而當滑石粉zeta電位絕對值超出鈦白粉過多時，其顆粒外側電層會吸附大量雜質顆粒，并吸附鈦白粉顆粒表面的雜質，從而降低滑石粉的zeta電位，進一步影響滑石粉的分散性，整體上影響復合粉體在漿料中的分散效果。因此，本發(fā)明研究發(fā)現滑石粉與鈦白粉的zeta電位的之差的絕對值小于20，此時粒子不易團聚，漿料均勻，印刷效果更好。故本發(fā)明工藝中，鈦白粉的zeta電位優(yōu)選為-20～-50mV，滑石粉的zeta電位優(yōu)選為-30～-80mV，滑石粉與鈦白粉的zeta電位的之差的絕對值小于20。
需要說明的是，本發(fā)明由發(fā)明人通過大量實驗獲得，在說明書中只展示其中的一部分，且本領域普通技術人員可以在此數據下理解并實施本發(fā)明，鈦白粉與滑石粉的質量配比為95％-60％：5％-40％的范圍內依然存在上述相同的趨勢并可得出相同的結論，具體的實驗數據不在贅述。
實驗例5
通常在造紙領域中，填料粉體的吸油量主要是針對纖維的吸附，若其吸油量較高，紙張的印刷效果越好；但是吸油值過大，使得在造紙中，粉體會吸收大量纖維，造成樹脂浪費，增加生產成本。進一步，本發(fā)明探究了兩種填料的吸油量，具體結果見表5。
需要說明的是，顆粒粉末的板面直徑以從透射型電子顯微鏡照片測得的數值表示。在水或醇中使水粉末分散，使該溶液在篩網附著、干燥，制成觀察試樣。在觀察試樣內選擇板面對篩網水平附著的顆粒(200點)，進行板面直徑的測定，將平均值作為板面直徑。吸油量(g/g)/板面直徑(um)的單位為(g/g.um)。在本發(fā)明中，省略單位地標記。
表5不同吸油量/板面直徑對紙張強度性能的影響
由上表可以看出，本發(fā)明中所述滑石粉吸油量/板面直徑的值滿足30-60、鈦白粉的吸油量/板面直徑的值滿足10-30。需要需說明的是，吸油值(g/g)/板面直徑(um)的單位為(g/g.um),當滑石粉與鈦白粉的吸油量/板面直徑之和小于50時，顆粒的板面直徑相對于吸油量較大，制成紙張時，容易使透明性下降。另外，當滑石粉與鈦白粉的吸油量/板面直徑之和大于75時，顆粒在纖維中難以融合，導致紙張分散性不良、留著率不高，紙張均勻性欠佳。因此，在本發(fā)明中限定滑石粉與鈦白粉的吸油量/板面直徑之和滿足50-75，制備的復合粉體能夠與纖維有效地結合，從而提高紙張平滑度，避免產生紙張掉粉掉毛以及原紙壓板易透底的問題。
需要說明的是，本發(fā)明由發(fā)明人通過大量實驗獲得，在說明書中只展示其中的一部分，且本領域普通技術人員可以在此數據下理解并實施本發(fā)明，鈦白粉與滑石粉的質量配比為95％-60％：5％-40％的范圍內依然存在上述相同的趨勢并可得出相同的結論，具體的實驗數據不在贅述。
進一步，本發(fā)明中滑石粉顆粒粉末為片狀，片狀直徑優(yōu)選為0.25um，在造紙過程中，層狀結構能在纖維間更高的留著，因為有一個片狀顆粒不能想球狀顆粒那樣輕松的穿過限位網狀結構，而被截留下來，提高了一次留著率，從而節(jié)省了助留劑的使用。
鈦白粉可為金紅石型鈦白粉與銳鈦型鈦白粉中的一種或兩種。作為優(yōu)選，上述鈦白粉選用金紅石型鈦白粉與銳鈦型鈦白粉的混合鈦白粉，其中金紅石型鈦白粉與銳鈦型鈦白粉的質量比為1:2～4。在大多造紙配方中，較多地僅采用一種晶型的鈦白粉原料，使得鈦白粉應用較為單一，在本發(fā)明中作為優(yōu)選的，將金紅石型鈦白粉和銳鈦型鈦白粉進行混合使用，產生混晶效應，有利于提高TiO2的催化活性，從而使造紙具有優(yōu)異的光澤度和印刷光澤度，進一步提高了鈦白粉的應用領域。
以下結合實施例對本發(fā)明的具體實施方式做進一步的描述，并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍內。
實施例1
組方：銳鈦型鈦白粉 80份
滑石粉 20份
其中，鈦白粉的D50鈦白粉＝1.0um，D90鈦白粉/D10鈦白粉＝10；zeta電位為-30mV；吸油量/板面直徑為20；
滑石粉的D50滑石粉＝1.5um，D90滑石粉/D10滑石粉＝10；zeta電位為-50mV；吸油量/板面直徑為30；
將銳鈦型鈦白粉裝入溫度可控的高混器中，稱取處方量的滑石粉，緩慢加入高混器中，攪拌20min，制得復合粉體，記為T1。
實施例2
組方：金紅石型鈦白粉 70份
滑石粉 30份
其中，鈦白粉的D50鈦白粉＝0.5um，D90鈦白粉/D10鈦白粉＝5；zeta電位為-40mV；吸油量/板面直徑為20；
滑石粉的D50滑石粉＝2.5um，D90滑石粉/D10滑石粉＝10；zeta電位為-50mV；吸油量/板面直徑為40；
將金紅石型鈦白粉裝入溫度可控的高混器中，稱取處方量的滑石粉，緩慢加入高混器中，攪拌20min，制得復合粉體,記為T2。
實施例3
組方：混合鈦白粉 60份
滑石粉 40份
其中，混合鈦白粉由質量比為1:2的金紅石型鈦白粉與銳鈦型鈦白粉組成；
鈦白粉的D50鈦白粉＝1um，D90鈦白粉/D10鈦白粉＝10；zeta電位為-50mV；吸油量/板面直徑為15；
滑石粉的D50滑石粉＝2um，D90滑石粉/D10滑石粉＝15；zeta電位為-40mV；吸油量/板面直徑為50；
將混合鈦白粉裝入溫度可控的高混器中，稱取處方量的滑石粉，緩慢加入高混器中，攪拌25min，制得復合粉體,記為T3。
實施例4
組方：混合鈦白粉 90份
滑石粉 10份
其中，混合鈦白粉由質量比為1:4的金紅石型鈦白粉與銳鈦型鈦白粉組成；
鈦白粉的D50鈦白粉＝1um，D90鈦白粉/D10鈦白粉＝10；zeta電位為-30mV；吸油量/板面直徑為15；
滑石粉的D50滑石粉＝5um，D90滑石粉/D10滑石粉＝10；zeta電位為-45mV；吸油量/板面直徑為48；
將混合鈦白粉裝入溫度可控的高混器中，稱取處方量的滑石粉，緩慢加入高混器中，攪拌20min，制得復合粉體，記為T4。
實施例5
按照下列配方配置本實施例的造紙色漿，其中填料采用實施例1的復合粉體T1。
用實施例1制備的復合粉體添加至紙漿中，混合均勻，再向依次紙漿中加入占紙漿質量5％的增強劑，3％的助留劑，和5％的抗水劑，攪拌并混合均勻，用造紙機抄造成定量為80g/m2的紙張，加入占紙漿質量5％的涂布膠乳進行涂布，制成成品，記為ST1。
實施例6-8
采用與實施例5相同的步驟分別制備實施例6-8的造紙，不同之處在于，復合粉體分別采用實施例2-4中制備的復合粉體T2、T3、T4，得到成品ST2、ST3、ST4。
對比例1
按照申請?zhí)枮?00510026926.9中實施例1制備等量的復合鈦白粉，記為D1。
對比例2
采用與本實施例5相同的步驟制備對比例2的紙張，不同之處在于，鈦白粉組合物采用對比例1中制備的復合粉體D1，制成成品，記為SD1。
(1)涂布紙相關性能檢測
按照GB 7974-1987標準檢測紙張成品的白度；
按照GB/T 1543-2005標準檢測成品紙張的不透明度；
按照GB/T 12914-2008標準檢測紙張成品的抗張指數；
按照GB/T 1539-2007檢測紙張成品的耐破指數；
按照按照GB/T 8941-2007檢測紙張成品的光澤度；
按照GB/T 12032-2005標準檢測成品紙張的印刷光澤度。
留著率的測定：將抄造好的紙張剪成5mm×5mm的小片，放入密封袋中，擱置12h，以平衡水分，之后稱取2-3g的紙樣，放入坩堝中，在電爐上小心灼燒，使紙張?zhí)炕缓蠓湃敫邷貭t中在575℃下灼燒4h以上，取出坩堝，在干燥器內冷卻后稱量質量，直至質量恒定為止，計算出紙張的灰分含量，然后根據公式(1)計算樣品的留著率。
留著率＝(A-B)/(1-D)·C×100％
式中，A為成紙灰分，％；B為空白樣灰分，％；C為實際加填量，％；D為樣品灼燒損失量，％。
表6本實施例所制備紙張的有關性能數據
從表6所示的技術指標來看，實施例5、實施例6、實施例7、實施例8所制備的紙張，采用合適粒徑鈦白粉和滑石粉組合物，并且兩者之間的中位粒徑之差較小時，兩者能夠在不同粒徑之間能夠進行合理排布，使兩者之間達到最優(yōu)的分配，作為填料制備的造紙色漿，分散性好，進而彌補了隨著滑石粉添加量增加導致的造紙不透明度、白度下降的問題。同時，鈦白粉與滑石粉的zeta電位之差的絕度值小于20，兩者的吸油值/板面直徑的之和滿足50-75之間，作為造紙?zhí)盍?，其成品的紙張強度、留著率與現有技術相比有一定提高。因此，本發(fā)明所制備的復合粉體在造紙中的綜合性能好，完全可以部分取代鐵白粉，是一種新型的功能性造紙?zhí)盍?。同時，滑石粉填充造紙明顯降低造紙的成本，提高了經濟效益，具有極高的應用價值和市場推廣前景。
最后需要說明，以上實施例僅用于說明本發(fā)明的技術方案而并非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明的技術方案進行了詳細說明，本領域技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍當中。